Development of a Predictive Model for Colorectal Cancer Using Exhaled Volatile Organic Compounds

BACKGROUND: Colorectal cancer lacks noninvasive and efficient diagnostic markers. Recently, volatile organic compounds present in exhaled breath have emerged as potential diagnostic indicators for various diseases. OBJECTIVE: This study aimed to establish a predictive model that includes exhaled volatile organic compounds for the diagnosis of colorectal cancer. DESIGN: Prospective comparative study. SETTINGS: Single academic medical center. PATIENTS: Exhaled breath was collected prospectively from 112 patients with colorectal cancer and 51 healthy controls. The exhaled breath of the research participants was collected under the control of various conditions such as eating or smoking before collection. INTERVENTIONS: A total of 53 volatile organic compounds were analyzed in exhaled breath using thermal desorption-gas chromatography/mass spectrometry. MAIN OUTCOME MEASURES: After correcting various clinical variables that may affect volatile organic compound, the concentrations detected in the colorectal cancer group and the healthy control group were compared. RESULTS: Four predictive models were established using both matched clinical variables and volatile organic compound values to differentiate between patients with colorectal cancer and healthy controls. In the 4 models, clinical variables of age, sex, room temperature, heating and cooling, fasting duration, intake of grilled meat or fish, and bowel preparation were included, along with levels of 8 volatile organic compounds (ethanol, decanal, 1-iodononane, dodecane, hexanal, 1-nonene, (1S)-(-)-alpha-pinene, and acetophenone). The sensitivity of the 4 prediction models ranged from 84.0% to 98.2%, the specificity ranged from 89.2% to 93.8%, and the area under the receiver operating characteristic curve ranged from 92.1% to 98.3%. LIMITATIONS: The demographics of the participants in the groups were different. CONCLUSIONS: Eight types of volatile organic compounds in the exhaled breath of the patients with colorectal cancer group were significantly different from those of the healthy control group. Our results support the diagnosis of colorectal cancer using a predictive model combining volatile organic compounds and specific clinical variables. See Video Abstract . DESARROLLO DE UN MODELO PREDICTIVO DEL CÁNCER COLORRECTAL UTILIZANDO COMPUESTOS ORGÁNICOS VOLÁTILES EXHALADOS ANTECEDENTES: El cáncer colorrectal carece de marcadores de diagnóstico no invasivos y eficientes. Recientemente, los compuestos orgánicos volátiles presentes en el aliento exhalado han surgido como posibles indicadores de diagnóstico para varias enfermedades. OBJETIVO: Este estudio tuvo como objetivo establecer un modelo predictivo que incluyera compuestos orgánicos volátiles exhalados para el diagnóstico del cáncer colorrectal. DISEÑO: Estudio comparativo prospectivo. ESCENARIO: Un solo centro médico académico. PACIENTES: El aliento exhalado se recopiló prospectivamente de 112 pacientes con cáncer colorrectal y 51 controles sanos. El aliento exhalado de los participantes de la investigación se recopiló bajo el control de varias condiciones, como comer o fumar antes de la recolección. INTERVENCIONES: Se analizó un total de 53 compuestos orgánicos volátiles en el aliento exhalado mediante cromatografía de gases de desorción térmica/espectrometría de masas. PRINCIPALES MEDIDAS DE RESULTADOS: Después de corregir varias variables clínicas que pueden afectar al compuesto orgánico volátil, se compararon las concentraciones detectadas en el grupo de cáncer colorrectal y el grupo de control sano. RESULTADOS: Se establecieron cuatro modelos predictivos utilizando variables clínicas emparejadas y valores de compuestos orgánicos volátiles para diferenciar entre cáncer colorrectal y controles sanos. En los cuatro modelos, se incluyeron variables clínicas de edad, sexo, temperatura ambiente, calefacción y refrigeración, duración del ayuno, consumo de carne o pescado a la parrilla y preparación intestinal, junto con los niveles de ocho compuestos orgánicos volátiles (etanol, decanal, 1-yodononano, dodecano, hexanal, 1-noneno, (1S)-(-)-alfa-pineno y acetofenona). La sensibilidad de los cuatro modelos de predicción varió de 84,0% a 98,2%, la especificidad varió de 89,2% a 93,8% y el área bajo la curva de características operativas del receptor varió de 92,1% a 98,3%. LIMITACIONES: La demografía de los participantes en los grupos fue diferente. CONCLUSIONES: Ocho tipos de compuestos orgánicos volátiles en el aire exhalado del grupo de cáncer colorrectal fueron significativamente diferentes de los del grupo de control sano. Nuestros resultados respaldan el diagnóstico de cáncer colorrectal utilizando un modelo predictivo que combina compuestos orgánicos volátiles y variables clínicas específicas. (Traducción—Yesenia Rojas-Khalil )